《無序和熵》ppt課件

1、有序、無序和熵有序、無序和熵1.1.知道能量的耗散與退化的含義。知道能量的耗散與退化的含義。2.2.知道熱力學(xué)溫度的單位及符號，能進展熱力學(xué)溫度和攝氏溫知道熱力學(xué)溫度的單位及符號，能進展熱力學(xué)溫度和攝氏溫度之間的換算。度之間的換算。3.3.了解熱力學(xué)第三定律，知道絕對零度只能夠接近但不能夠到了解熱力學(xué)第三定律，知道絕對零度只能夠接近但不能夠到達。達。4.4.知道熵是表征系統(tǒng)無序程度的物理量。知道熵是表征系統(tǒng)無序程度的物理量。5.5.了解熵添加原理。了解熵添加原理。 6.6.能用熵的概念和熵添加原理分析簡單的問題。能用熵的概念和熵添加原理分析簡單的問題。7.7.了解系統(tǒng)自發(fā)的過程總是從有序變?yōu)闊o

2、序。了解系統(tǒng)自發(fā)的過程總是從有序變?yōu)闊o序。 一切自然過程能否發(fā)生，必需遭到熱力學(xué)第一切自然過程能否發(fā)生，必需遭到熱力學(xué)第二定律的制約。自然界里自動發(fā)生的實踐過程，二定律的制約。自然界里自動發(fā)生的實踐過程，都有方向性。都有方向性。 自然界一切涉及熱景象的宏觀過程都是不可自然界一切涉及熱景象的宏觀過程都是不可逆的。每一種宏觀過程的不可逆性的共同本質(zhì)是逆的。每一種宏觀過程的不可逆性的共同本質(zhì)是什么？什么？一、能量的耗散與退化一、能量的耗散與退化1.1.機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能不能全部轉(zhuǎn)機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能不能全部轉(zhuǎn)化為機械能而不引起其它的變化?？梢?，內(nèi)能是一化為機械能而不引起其它

3、的變化?？梢?，內(nèi)能是一種低質(zhì)量的能量。其他方式的能量轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，能種低質(zhì)量的能量。其他方式的能量轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，能量的質(zhì)量就降低了。量的質(zhì)量就降低了。2.2.一個系統(tǒng)的內(nèi)能一量添加了，就無法依托本身的一個系統(tǒng)的內(nèi)能一量添加了，就無法依托本身的作用自發(fā)回到原先的形狀這就是與熱景象有作用自發(fā)回到原先的形狀這就是與熱景象有關(guān)的宏觀過程的不可逆性。假設(shè)靠外界的協(xié)助，關(guān)的宏觀過程的不可逆性。假設(shè)靠外界的協(xié)助，那么會耗費更多的其他方式的能量，產(chǎn)生更多的內(nèi)那么會耗費更多的其他方式的能量，產(chǎn)生更多的內(nèi)能出來。能出來。能 量 的 耗 散 與 退 化能 量 的 耗 散 與 退 化可利用的能源能量減少可利用的能源能量減

4、少節(jié) 約 能 源節(jié) 約 能 源二、絕對零度不可到達二、絕對零度不可到達1.T1.Tt+273.15Kt+273.15K2.2.熱力學(xué)第三定律熱力學(xué)第三定律不能夠經(jīng)過有限的過程反物體冷卻到不能夠經(jīng)過有限的過程反物體冷卻到絕對零度。絕對零度。即：絕對零度不可到達。即：絕對零度不可到達。三、熵添加原理三、熵添加原理1.1.表述能量耗散的過程的物理表述能量耗散的過程的物理熵熵2.2.在自然界，由于一個熱學(xué)系統(tǒng)發(fā)生的任何過程在自然界，由于一個熱學(xué)系統(tǒng)發(fā)生的任何過程中，總會伴隨著能量的耗散與退化，所以系統(tǒng)的中，總會伴隨著能量的耗散與退化，所以系統(tǒng)的熵都會添加。熵都會添加。3.3.熱力學(xué)第二定律又可表述為：

5、熱力學(xué)第二定律又可表述為：任何孤立的系統(tǒng)，它的總熵永遠不會減??；任何孤立的系統(tǒng)，它的總熵永遠不會減??；自然界的一切自發(fā)過程，總是朝著熵添加的方向進自然界的一切自發(fā)過程，總是朝著熵添加的方向進展的。展的。有效能量不斷減少有效能量不斷減少以氣體自在膨脹為例以氣體自在膨脹為例 對于一個熱力學(xué)系統(tǒng)，假設(shè)處于非平衡態(tài)，我們對于一個熱力學(xué)系統(tǒng)，假設(shè)處于非平衡態(tài)，我們以為它處于有序的形狀，假設(shè)處于平衡態(tài)，我們以為以為它處于有序的形狀，假設(shè)處于平衡態(tài)，我們以為它處于無序的形狀。它處于無序的形狀。首先了解有序和無序的概念。首先了解有序和無序的概念。 一個被隔板分為一個被隔板分為A A、B B相等兩部分的容器，裝

6、有相等兩部分的容器，裝有4 4個涂以不同顏色分子。個涂以不同顏色分子。AB宏觀態(tài)和微觀態(tài)宏觀態(tài)和微觀態(tài)分布分布宏觀態(tài)宏觀態(tài)詳細分布詳細分布微觀態(tài)微觀態(tài) 14641開場時，開場時，4 4個分子都在個分子都在A A部，抽出隔板后分子將向部，抽出隔板后分子將向B B部部分散并在整個容器內(nèi)無規(guī)那么運動。隔板被抽出后，分散并在整個容器內(nèi)無規(guī)那么運動。隔板被抽出后，4 4分子在容器中能夠的分布情形如以下圖所示：分子在容器中能夠的分布情形如以下圖所示：AB微觀態(tài)數(shù)微觀態(tài)數(shù) 微觀態(tài)共有微觀態(tài)共有24=1624=16種能夠的方式，而且種能夠的方式，而且4 4個分子全個分子全部退回到部退回到A A部的能夠性即幾率

7、為部的能夠性即幾率為1/24=1/161/24=1/16。 普通來說，假設(shè)有普通來說，假設(shè)有N N個分子，那么共個分子，那么共2N2N種能夠方式，種能夠方式，而而N N個分子全部退回到個分子全部退回到A A部的幾率部的幾率1/2N.1/2N.對于真實理想對于真實理想氣體系統(tǒng)氣體系統(tǒng)N N1023/mol1023/mol，這些分子全部退回到，這些分子全部退回到A A部的幾部的幾率為率為 。此數(shù)值極小，意味著此事件永遠不會發(fā)。此數(shù)值極小，意味著此事件永遠不會發(fā)生。從任何實踐操作的意義上說，不能夠發(fā)生此類事生。從任何實踐操作的意義上說，不能夠發(fā)生此類事件。件。231021 對單個分子或少量分子來說，

8、它們分散到對單個分子或少量分子來說，它們分散到B B部的過部的過程原那么上是可逆的。程原那么上是可逆的。 對大量分子組成的宏觀系統(tǒng)來說，它們向?qū)Υ罅糠肿咏M成的宏觀系統(tǒng)來說，它們向B B部自在部自在膨脹的宏觀過程實踐上是不可逆的。這就是宏觀過程膨脹的宏觀過程實踐上是不可逆的。這就是宏觀過程的不可逆性在微觀上的統(tǒng)計解釋。的不可逆性在微觀上的統(tǒng)計解釋。 一個系統(tǒng)的熵越大，就越接近平衡形狀，也一個系統(tǒng)的熵越大，就越接近平衡形狀，也就越不容易轉(zhuǎn)化。就越不容易轉(zhuǎn)化。 在熱傳送的過程中，系統(tǒng)可以自發(fā)地從比較在熱傳送的過程中，系統(tǒng)可以自發(fā)地從比較不均勻的形狀變?yōu)楸容^均勻的形狀。在比較不均不均勻的形狀變?yōu)楸容^均勻的形狀。在比較不均勻的形狀是比較有序的形狀；而比較均勻的形狀勻的形狀是比較有序的形狀；而比較均勻的形狀是比較無序的形狀。是比較無序的形狀。熱傳送的過程，也就是比較有序的形狀變成比較無序的形狀。熱傳送的過程，也就是比較有序的形狀變成比較無序的形狀。熵是表征系統(tǒng)的無序程度的物理量，熵是表征系統(tǒng)的無序程